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  <title>操作系统笔记 | 逸辰</title>
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                <a href="/2023/07/28/java/Java%E7%BA%BF%E7%A8%8B%E6%A8%A1%E5%9E%8B/" class="title">Java线程模型</a>
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                <a href="/2023/05/19/java/AQS/" class="title">AQS详解</a>
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                <a href="/2023/04/15/java/CAS/" class="title">CAS</a>
              </p>
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  <article id="post-操作系统/操作系统笔记" class="article article-type-post" itemscope itemtype="http://schema.org/BlogPosting">
    
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    <h1 class="article-title" itemprop="name">
      操作系统笔记
    </h1>
  

      
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        <h2 id="概述"><a href="#概述" class="headerlink" title="概述"></a>概述</h2><h3 id="特征"><a href="#特征" class="headerlink" title="特征"></a>特征</h3><blockquote>
<p> 并发</p>
</blockquote>
<ul>
<li><p>同一时间间隔内执行和调度多个程序的能力</p>
</li>
<li><p>宏观上，处理机同时执行多道程序</p>
</li>
<li><p>微观上，处理机在多道程序间高速切换（分时交替执行)</p>
</li>
<li><p>关注单个处理机同一时间段内处理任务数量的能力</p>
</li>
</ul>
<blockquote>
<p> 共享</p>
</blockquote>
<p>即资源共享，系统中的资源供多个并发执行的应用程序共同使用</p>
<ul>
<li>同时访问方式：同一时段允许多个程序同时访问共享资源</li>
<li>互斥共享方式：也叫独占式，允许多个程序在同一个共享资源上独立而互不干扰的工作</li>
</ul>
<blockquote>
<p>虚拟</p>
</blockquote>
<p>使用某种技术把一个物理实体变成多个逻辑上的对应物。</p>
<ul>
<li>时分复用技术<ul>
<li>虚拟处理机：四核八线程</li>
</ul>
</li>
<li>空分服用技术<ul>
<li>虚拟磁盘技术： 将一块硬盘虚拟出若干个卷</li>
</ul>
</li>
</ul>
<blockquote>
<p>异步</p>
</blockquote>
<ul>
<li>系统进程用一种走走停停的方式执行，（并不是一下子走完）</li>
<li>进程什么时候以怎样的速度向前推进是不可预知的</li>
</ul>
<h3 id="发展阶段"><a href="#发展阶段" class="headerlink" title="发展阶段"></a>发展阶段</h3><blockquote>
<p>手工操作阶段</p>
</blockquote>
<p>无操作系统、人工操作、用户独占全机</p>
<blockquote>
<p>批处理阶段</p>
</blockquote>
<p>单道批处理系统，内存中只有一道程序</p>
<p>多道批处理系统，</p>
<blockquote>
<p>分时操作系统</p>
</blockquote>
<p>一台主机连接多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户通过自己的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。</p>
<p><strong>特征：</strong></p>
<ul>
<li>多路性：时间片轮转机制</li>
<li>独立性：用户彼此独立</li>
<li>及时性：用户能在短时间内获得相应</li>
<li>交互性：用户可以请求多种服务</li>
</ul>
<p><strong>缺点：</strong></p>
<p>作业/用户优先级相同，不能优先处理紧急任务</p>
<blockquote>
<p>实时操作系统</p>
</blockquote>
<p>系统能即时相应外部事件的请求，在规定时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。</p>
<blockquote>
<p>微机操作系统</p>
</blockquote>
<h3 id="用户空间和内核空间"><a href="#用户空间和内核空间" class="headerlink" title="用户空间和内核空间"></a>用户空间和内核空间</h3><p><img src="https://yichen-blog.oss-cn-beijing.aliyuncs.com//note-image/2023/07/16/20230716-192035.png" alt="image-20230708110046318"></p>
<h3 id="时钟管理"><a href="#时钟管理" class="headerlink" title="时钟管理"></a>时钟管理</h3><p>计时：提供系统时间</p>
<p>时钟中断：比如程序切换</p>
<h3 id="中断机制"><a href="#中断机制" class="headerlink" title="中断机制"></a>中断机制</h3><p>提高多道程序环境下CPU利用率</p>
<p>外中断：中断信号来源于外部设备（被迫中断）</p>
<p>内中断：中断信号来源于当前指令（主动中断）</p>
<p>内中断的三种情况</p>
<ul>
<li>陷阱/陷入（Trap）：由应用程序主动引发</li>
<li>故障（fault）：由错误条件引发</li>
<li>终止（abort）：由致命错误引发</li>
</ul>
<p><strong>中断处理过程</strong></p>
<p><img src="https://yichen-blog.oss-cn-beijing.aliyuncs.com//note-image/2023/07/16/20230716-192038.png" alt="image-20230708111508921"></p>
<p><img src="https://yichen-blog.oss-cn-beijing.aliyuncs.com//note-image/2023/07/16/20230716-192040.png" alt="image-20230708111522304"></p>
<p>当CPU执行到指令3时，产生了一个中断</p>
<p>1、中断产生后，首先进行关中断，CPU对中断做出一个基本响应。保存断点，保存的程序计数器。引出中断服务程序，只是读取中断程序并没有执行。保存现场和屏蔽字，保存CPU寄存器中的数据。开中断。 <strong>关中断之后，CPU不会再响应更高级中断请求，相当于一个加锁。</strong>开中断相当于解锁。</p>
<p>2、执行中断程序，此时CPU可以并发执行其他的中断</p>
<p>3、关中断，恢复现场和屏蔽字，开中断，中断返回。</p>
<h3 id="原语"><a href="#原语" class="headerlink" title="原语"></a>原语</h3><p>原语是一个由若干条指令组成的程序段，用来完成某个特定功能，且执行过程不会被中断，具有原子性，运行在内核空间。原语底层通过关中断和开中断实现。</p>
<h3 id="系统调用"><a href="#系统调用" class="headerlink" title="系统调用"></a>系统调用</h3><p>应用程序调用系统内核程序功能的过程叫做系统调用，通过陷入指令进行的系统调用，也就是通过中断。</p>
<p><strong>陷入指令是在用户空间执行的</strong></p>
<h2 id="进程管理"><a href="#进程管理" class="headerlink" title="进程管理"></a>进程管理</h2><h3 id="什么是进程"><a href="#什么是进程" class="headerlink" title="什么是进程"></a>什么是进程</h3><p>进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位</p>
<p>几个要点：</p>
<ul>
<li>进程是<strong>程序</strong>的<strong>一次执行</strong></li>
<li>进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行所发生的<strong>活动</strong></li>
<li>进行是程序在一个<strong>数据集合</strong>上运行的过程</li>
<li>进程是系统进行<strong>资源分配和调度</strong>的一个独立单位（或基本单位）</li>
</ul>
<h4 id="进程的结构"><a href="#进程的结构" class="headerlink" title="进程的结构"></a>进程的结构</h4><p><img src="https://yichen-blog.oss-cn-beijing.aliyuncs.com//note-image/2023/07/16/20230716-192044.png" alt="image-20230708120352009"></p>
<p>控制块</p>
<p>数据段</p>
<p>程序段</p>
<h4 id="进程特征"><a href="#进程特征" class="headerlink" title="进程特征"></a>进程特征</h4><p>动态性：有创建而生，由撤销而亡</p>
<p>并发性：多个进成可以同时运行</p>
<p>独立性：独立资源分配</p>
<p>异步性：相互独立、互补干扰</p>
<h4 id="什么是线程"><a href="#什么是线程" class="headerlink" title="什么是线程"></a>什么是线程</h4><p>Thread，进程的轻型实体，也叫“轻量级进程”，是一系列活动按事先设定好的顺序依次执行的过程，是一系列指令的集合</p>
<p>是一条执行路径，不能单独存在，必须包含在进程中</p>
<p>线程是OS中运算调度的最小单位</p>
<h4 id="x3D-x3D-进程与线程比较-x3D-x3D"><a href="#x3D-x3D-进程与线程比较-x3D-x3D" class="headerlink" title="==进程与线程比较=="></a>==进程与线程比较==</h4><h4 id="线程的实现方式"><a href="#线程的实现方式" class="headerlink" title="线程的实现方式"></a>线程的实现方式</h4><p><img src="https://yichen-blog.oss-cn-beijing.aliyuncs.com//note-image/2023/07/16/20230716-192048.png" alt="image-20230708122313324"></p>
<h3 id="进程的状态"><a href="#进程的状态" class="headerlink" title="进程的状态"></a>进程的状态</h3><blockquote>
<p>三种基本状态</p>
</blockquote>
<h4 id="就绪状态"><a href="#就绪状态" class="headerlink" title="就绪状态"></a>就绪状态</h4><p>当进程已分配到除CPU以外的所有必要资源后，只要再获得CPU，便可立即执行，进程这时的状态称为就绪状态。在一个系统中处于就绪状态的进程可能有多个，通常将它们排成一个队列，称为就绪队列。</p>
<h4 id="执行状态"><a href="#执行状态" class="headerlink" title="执行状态"></a>执行状态</h4><p>进程已获得CPU，其程序正在执行。在单处理机系统中，只有一个进程处于执行状态;在多处理机系统中，则有多个进程处于执行状态。</p>
<h4 id="阻塞状态"><a href="#阻塞状态" class="headerlink" title="阻塞状态"></a>阻塞状态</h4><p>正在执行的进程由于发生某事件而暂时无法继续执行时,便放弃处理机而处于暂停状态，亦即进程的执行受到阻塞，把这种暂停状态称为阻塞状态，有时也称为等待状态或封锁状态。致使进程阻塞的典型事件有:请求IO，申请缓冲空间等。通常将这种处于阻塞状态的进程也排成一个队列。有的系统则根据阻塞原因的不同而把处于阻塞状态的进程排成多个队列。</p>
<p><img src="https://yichen-blog.oss-cn-beijing.aliyuncs.com//note-image/2023/07/16/20230716-192049.png" alt="image-20230708142206060"></p>
<blockquote>
<p>创建和终止</p>
</blockquote>
<h4 id="创建状态和终止状态"><a href="#创建状态和终止状态" class="headerlink" title="创建状态和终止状态"></a>创建状态和终止状态</h4><p><img src="https://yichen-blog.oss-cn-beijing.aliyuncs.com//note-image/2023/07/16/20230716-192051.png" alt="QQ截图20230708142919"></p>
<h3 id="进程的控制"><a href="#进程的控制" class="headerlink" title="进程的控制"></a>进程的控制</h3><p>os对进程实现有效的管理，包括创建新进程、撤销已有进程、挂起、阻塞和唤醒、进程切换等多种操作。<strong>OS通过原语操作实现进程控制。</strong></p>
<h4 id="原语-1"><a href="#原语-1" class="headerlink" title="原语"></a>原语</h4><p>由若干条指令组成，完成特定的功能，是一种原子操作。</p>
<p>常见原语：</p>
<p><img src="https://yichen-blog.oss-cn-beijing.aliyuncs.com//note-image/2023/07/16/20230716-192053.png" alt="QQ截图20230708144705"></p>
<h4 id="挂起与激活"><a href="#挂起与激活" class="headerlink" title="挂起与激活"></a>挂起与激活</h4><p>为了系统和用户观察和分析进程</p>
<p><img src="https://yichen-blog.oss-cn-beijing.aliyuncs.com//note-image/2023/07/16/20230716-192056.png" alt="QQ截图20230708145135"></p>
<p>挂起原语：suspend</p>
<ul>
<li>静止就绪：放外存，不调度</li>
<li>静止阻塞：等待事件</li>
</ul>
<p>激活原语：active</p>
<ul>
<li>活动就绪：等待调度</li>
<li>活动阻塞：等待唤醒</li>
</ul>
<h3 id="进程的调度"><a href="#进程的调度" class="headerlink" title="进程的调度"></a>进程的调度</h3><p>进程调度也叫处理机调度，即根据一定的算法和原则将处理机资源进行重新分配的过程。</p>
<p>前提：作业/进程数远远大于处理器数</p>
<p>目的：提高资源利用率，减少处理机空闲时间</p>
<p>调度程序：一方面要满足特定系统用户的需求(快速响应)，另一方面要考虑系统整体效率（系统平均周转时间）和调度算法本身的开销。</p>
<h4 id="调度方式"><a href="#调度方式" class="headerlink" title="调度方式"></a>调度方式</h4><p>剥夺式/抢占式调度</p>
<ul>
<li>立即暂停当前进程</li>
<li>分配处理机给另一个进程</li>
<li>原则：优先权、短进程优先、时间片原则</li>
</ul>
<p>非剥夺/非抢占式调度</p>
<ul>
<li>若有进程请求执行</li>
<li>等待直到当前进程完成或阻塞</li>
<li>缺点：适用于批处理系统，不适合分时、实时系统</li>
</ul>
<h4 id="调度时机"><a href="#调度时机" class="headerlink" title="调度时机"></a>调度时机</h4><ul>
<li>进程运行完毕</li>
<li>进程时间片用完</li>
<li>进程要求I/O操作</li>
<li>执行某种原语操作</li>
<li>高优先级进程申请运行（剥夺式调度）</li>
</ul>
<h4 id="调度过程"><a href="#调度过程" class="headerlink" title="调度过程"></a>调度过程</h4><p>保存镜像：记录进程现场信息</p>
<p>调度算法：确定分配处理机的原则</p>
<p>进程切换：分配处理机给其他进程</p>
<p>处理机回收：从进程回收处理机</p>
<h4 id="调度算法指标"><a href="#调度算法指标" class="headerlink" title="调度算法指标"></a>调度算法指标</h4><p>CPU利用率 ：忙碌时间/总时间</p>
<p>系统吞吐量： 完成作业数/总时间</p>
<p>周转时间：作业时间-提交时间</p>
<p>等待时间：作业等待处理调度时间</p>
<p>响应时间：提交请求到首次响应间隔</p>
<h4 id="调度算法"><a href="#调度算法" class="headerlink" title="调度算法"></a>调度算法</h4><p>作业调度：将位于外存后背队列中的某几个作业调入内存排在就绪队列上（作业磁盘到内存或从内存到磁盘的调度）</p>
<p>进程调度：从就绪队列中选取一个进程，分配处理机的过程</p>
<p><img src="https://yichen-blog.oss-cn-beijing.aliyuncs.com//note-image/2023/07/16/20230716-192059.png" alt="image-20230708153804281"></p>
<blockquote>
<p>先来先服务</p>
</blockquote>
<p>算法内容：调度作业/就绪队列中最先入队者，等待操作完成或阻塞</p>
<p><img src="https://yichen-blog.oss-cn-beijing.aliyuncs.com//note-image/2023/07/16/20230716-192102.png" alt="image-20230708154332153"></p>
<p>算法原则：按作业/进程达到顺序服务</p>
<p>调度方式：非抢占式调度</p>
<p>使用场景：作业/进程调度</p>
<p>优缺点：</p>
<ul>
<li>有利于CPU繁忙型作业，充分利用CPU资源</li>
<li>不利于I/O繁忙型作业，操作耗时、其他饥饿</li>
</ul>
<blockquote>
<p>短作业优先</p>
</blockquote>
<p>算法内容：所需服务时间最短的作业/进程优先服务</p>
<p>算法原则：追求最少的平均周转时间</p>
<p>调度方式：非抢占</p>
<p>使用场景：作业/进程调度</p>
<p>优缺点：</p>
<ul>
<li>平均等待/周转时间最少</li>
<li>长作业周转时间会增加或饥饿</li>
<li>估计时间不准确、不能保证急迫任务及时执行</li>
</ul>
<blockquote>
<p>高响应比优先</p>
</blockquote>
<p>算法内容：结合先来先服务和短作业优先，综合考虑等待时间和服务时间计算响应比，高的优先调度</p>
<p>算法原则：综合考虑作业/进程的等待事件和服务时间</p>
<p>调度方式：非抢占</p>
<p>使用场景：作业/进程调度</p>
<p>响应比计算：</p>
<ul>
<li>响应比 = （等待时间+服务时间）/ 服务时间， &gt;= 1（一般来说每个进程的服务时间是确定的，等待时间越长，响应比越大）</li>
<li>只有当前进程放弃执行权（完成/阻塞）时，重新计算所有进程响应比</li>
<li>长作业等待越久响应比越高，更容易获得处理机</li>
</ul>
<blockquote>
<p>优先级调度</p>
</blockquote>
<p>算法内容：又叫优先权调度，按作业/进程的优先级进行调度</p>
<p>算法原则：优先级最高(最紧迫)的作业/进程先调度</p>
<p>调度方式：抢占/非抢占</p>
<p>使用场景：作业/进程调度</p>
<p>优先级设置：</p>
<ul>
<li>静态/动态优先级</li>
<li>系统&gt;用户，交互型&gt;非交互型；I/O型&gt;计算型</li>
<li>低优先级进程可能会产生饥饿</li>
</ul>
<blockquote>
<p>时间片轮转</p>
</blockquote>
<p>算法内容：按进程到达就绪队列的顺序，轮流分配一个时间片去执行，时间用完则剥夺</p>
<p>算法原则：公平、轮流为每个进程服务，进程在一定时间内都能得到响应</p>
<p>调度方式：抢占，由时钟中断确定时间到</p>
<p>使用场景：进程调度（作业调度一般只是将作业从磁盘调度到内存一次，不需要多次）</p>
<p>优缺点：</p>
<ul>
<li>公平，响应快，适用于分时系统</li>
<li>时间片决定因素：系统响应时间、就绪队列进程数量、系统梳理能力</li>
<li>时间片太大，相当于先来先服务；太小，处理机借还频繁，开销增大</li>
</ul>
<blockquote>
<p>多级反馈队列调度算法</p>
</blockquote>
<p> 算法内容：设置多个优先级排序的就绪队列，优先级从高到底，时间片从小到大。新进程采用队列降级法，进入第一队列，按先来先服务分配时间片，当没有执行完移动到第二级，第三级…，前一队列不为空，不执行后续队列进程。</p>
<p>算法原则：集合前几种优点，时间片轮转+优先级</p>
<p>调度方式：抢占式</p>
<p>使用场景：进程调度</p>
<p>优缺点：</p>
<ul>
<li>对各类型相对公平；快速响应</li>
<li>终端型（交互型，需要及时处理）作业用户：短作业优先</li>
<li>批处理作业用户：周转时间短</li>
<li>长批处理作业用户：在前几个队列部分执行</li>
</ul>
<h3 id="进程通信"><a href="#进程通信" class="headerlink" title="进程通信"></a>进程通信</h3><p>概念：进程之间的信息交换</p>
<ul>
<li>进程是资源分配的基本单位，各进程内存空间彼此独立</li>
<li>一个进程不能随意访问其他进程的地址空间</li>
</ul>
<p>方式：</p>
<ul>
<li>共享存储</li>
<li>消息传递</li>
<li>管道通信</li>
</ul>
<h4 id="共享存储"><a href="#共享存储" class="headerlink" title="共享存储"></a>共享存储</h4><p>基于共享数据结构的通信方式(操作系统已经设计好的数据结构)</p>
<ul>
<li>多个进程共用某个数据结构（OS提供并控制)</li>
<li>由用户（程序员)负责同步处理</li>
<li>低级通信:可以传递少量数据，效率低</li>
</ul>
<p>基于共享存储区的通信方式</p>
<ul>
<li>多个进程共用内存中的一块存储区域</li>
<li>由进程控制数据的形式和方式方式</li>
<li>高级通信:可以传递大量数据，效率高</li>
</ul>
<p><img src="https://yichen-blog.oss-cn-beijing.aliyuncs.com//note-image/2023/07/16/20230716-192106.png" alt="QQ截图20230708180105"></p>
<h4 id="消息传递"><a href="#消息传递" class="headerlink" title="消息传递"></a>消息传递</h4><p>直接通信:点到点发送</p>
<ul>
<li><p>发送和接收时指明双方进程的ID</p>
</li>
<li><p>每个进程维护一个消息缓冲队列</p>
</li>
</ul>
<p><img src="https://yichen-blog.oss-cn-beijing.aliyuncs.com//note-image/2023/07/16/20230716-192107.png" alt="QQ截图20230708180804"></p>
<p>间接通信:广播信箱</p>
<ul>
<li><p>以信箱为媒介，作为中间实体</p>
</li>
<li><p>发进程将消息发送到信箱，收进程从信箱读取</p>
</li>
<li><p>可以广播，容易建立双向通信链</p>
</li>
</ul>
<p><img src="https://yichen-blog.oss-cn-beijing.aliyuncs.com//note-image/2023/07/16/20230716-192109.png" alt="QQ截图20230708180931"></p>
<h4 id="管道通信"><a href="#管道通信" class="headerlink" title="管道通信"></a>管道通信</h4><p>管道</p>
<ul>
<li><p>用于连接读/写进程的共享文件，pipe文件</p>
</li>
<li><p>本质是内存中固定大小的缓冲区</p>
</li>
</ul>
<p>半双工通信</p>
<ul>
<li><p>同一时段只能单向通信，双工通信需要两个管道</p>
</li>
<li><p>以先进先出(FIFO)方式组织数据传输</p>
</li>
<li><p>通过系统调用read()/write()函数进行读写操作</p>
</li>
</ul>
<p><img src="https://yichen-blog.oss-cn-beijing.aliyuncs.com//note-image/2023/07/16/20230716-192111.png" alt="QQ截图20230708181343"></p>
<h3 id="进程同步"><a href="#进程同步" class="headerlink" title="进程同步"></a>进程同步</h3><p>协调进程间的相互制约关系，使他们按照预期的方式执行的过程</p>
<p>前提</p>
<ul>
<li>进程是并发执行的，进程间存在着相互制约关系</li>
<li>并发的进程对系统共享资源进行竞争</li>
<li>进程通信，过程中相互发送的信号称为消息或事件</li>
</ul>
<p>两种相互制约形式：</p>
<ul>
<li>间接相互制约关系(互斥)︰进程排他性地访问共享资源</li>
<li>直接相互制约关系(同步)︰进程间的合作，比如管道通信</li>
</ul>
<h4 id="互斥的访问临界资源"><a href="#互斥的访问临界资源" class="headerlink" title="互斥的访问临界资源"></a>互斥的访问临界资源</h4><p>访问过程：</p>
<p>1.进入区:尝试进入临界区，成功则加锁( lock)</p>
<p>2.临界区:访问共享资源</p>
<p>3.退出区︰解锁(unlock)，唤醒其它阻塞进程</p>
<p>4.剩余区:其它代码</p>
<p>访问原则：</p>
<p>空闲让进: 临界区空闲，允许一个进程进入</p>
<p>忙则等待: 临界区已有进程，其它进程等待（阻塞状态)</p>
<p>有限等待: 处于等待的进程，等待时间有限</p>
<p>让权等待: 等待时应让出CPU执行权，防止“忙等待”</p>
<h4 id="软件实现互斥的实现方法"><a href="#软件实现互斥的实现方法" class="headerlink" title="软件实现互斥的实现方法"></a>软件实现互斥的实现方法</h4><p><img src="https://yichen-blog.oss-cn-beijing.aliyuncs.com//note-image/2023/07/16/20230716-192113.png" alt="image-20230708193215587"></p>
<h4 id="硬件实现互斥的实现方法"><a href="#硬件实现互斥的实现方法" class="headerlink" title="硬件实现互斥的实现方法"></a>硬件实现互斥的实现方法</h4><ul>
<li>中断屏蔽方法：关中断/开中断<ul>
<li>禁止一切中断，CPU执行完临界区之前不会切换</li>
<li>关中断可能会被滥用</li>
<li>关中断时间长影响效率</li>
<li>不适用于多处理机，无法防止其它处理机调度其它进程访问临界区</li>
<li>只适用于内核进程（该指令运行在内核态)</li>
</ul>
</li>
</ul>
<p><img src="https://yichen-blog.oss-cn-beijing.aliyuncs.com//note-image/2023/07/16/20230716-192115.png" alt="image-20230708193657091"></p>
<ul>
<li>Test-And-Set（TS指令/TSL指令）<ul>
<li>读出标志并设置为true，返回旧值，原子操作</li>
<li>违背“让权等待”，会发生忙等</li>
</ul>
</li>
</ul>
<p><img src="https://yichen-blog.oss-cn-beijing.aliyuncs.com//note-image/2023/07/16/20230716-192116.png" alt="image-20230708194050411"></p>
<ul>
<li>Swap指令<ul>
<li>交换两个变量的值，原子操作</li>
<li>违背“让权等待”</li>
</ul>
</li>
</ul>
<p><img src="https://yichen-blog.oss-cn-beijing.aliyuncs.com//note-image/2023/07/16/20230716-192118.png" alt="image-20230708194304302"></p>
<h3 id="信号量"><a href="#信号量" class="headerlink" title="信号量"></a>信号量</h3><p>信号量是操作系统用来解决并发中的互斥和同步问题的一种方法</p>
<p>PV操作：</p>
<ul>
<li>P操作：wait原语，进程等待</li>
<li>V操作：signal原语，唤醒等待程序</li>
</ul>
<p><img src="https://yichen-blog.oss-cn-beijing.aliyuncs.com//note-image/2023/07/16/20230716-192120.png" alt="image-20230708194721120"></p>
<ul>
<li>整型信号量：违背让权等待，会发生忙等</li>
<li>记录型信号量：进程进入阻塞状态，不会忙等</li>
</ul>
<p><img src="https://yichen-blog.oss-cn-beijing.aliyuncs.com//note-image/2023/07/16/20230716-192125.png" alt="image-20230708194842615"></p>
<h2 id="内存管理"><a href="#内存管理" class="headerlink" title="内存管理"></a>内存管理</h2><h3 id="内存管理概念"><a href="#内存管理概念" class="headerlink" title="内存管理概念"></a>内存管理概念</h3><h4 id="进程运行的基本原理"><a href="#进程运行的基本原理" class="headerlink" title="进程运行的基本原理"></a>进程运行的基本原理</h4><p><img src="https://yichen-blog.oss-cn-beijing.aliyuncs.com//note-image/2023/07/16/20230716-192127.png" alt="image-20230709165504222"></p>
<p>用户程序到进程的步骤</p>
<ul>
<li>编译（由用户来完成，不属于操作系统）</li>
<li>链接<ul>
<li>静态链接（在运行前链接，适合比较小的程序）</li>
<li>装入时动态链接</li>
<li>运行时动态链接</li>
</ul>
</li>
<li>装入（将文件加载到内存中）<ul>
<li>绝对装入（程序员设置装入到内存的哪个位置）</li>
<li>可重定位装入</li>
<li>动态运行时装入</li>
</ul>
</li>
</ul>
<h3 id="内存分配"><a href="#内存分配" class="headerlink" title="内存分配"></a>内存分配</h3><h4 id="连续分配管理方式"><a href="#连续分配管理方式" class="headerlink" title="连续分配管理方式"></a>连续分配管理方式</h4><blockquote>
<p>单一连续分配方式</p>
</blockquote>
<p>这是最简单的一种存储管理方式，但只能用于单用户、单任务的操作系统中。采用这种存储管理方式时，可把内存分为系统区和用户区两部分，系统区仅提供给 OS 使用，通常 是放在内存的低址部分；用户区是指除系统区以外的全部内存空间，提供给用户使用。</p>
<p>优点：</p>
<p>实现简单，无外部碎片，不一定需要内存保护</p>
<p>缺点：</p>
<p>只能用户单用户、单任务OS，有内部碎片，存储器利用率低</p>
<p><img src="https://yichen-blog.oss-cn-beijing.aliyuncs.com//note-image/2023/07/16/20230716-192129.png" alt="image-20230709171618320"></p>
<blockquote>
<p>固定分区分配</p>
</blockquote>
<p>固定分区式分配是最简单的一种<strong>可运行多道程序</strong>的存储管理方式。这是<strong>将内存用户空间划分为若干个固定大小的区域，在每个分区中只装入一道作业</strong>，这样，把用户空间划分为几个分区，便允许有几道作业并发运行。当有一空闲分区时，便可以再从外存的后备作业队列中选择一个适当大小的作业装入该分区，当该作业结束时，又可再从后备作业队列中找出另一作业调入该分区。</p>
<p><img src="https://yichen-blog.oss-cn-beijing.aliyuncs.com//note-image/2023/07/16/20230716-192131.png" alt="image-20230709172651694"></p>
<blockquote>
<p>动态分区分配</p>
</blockquote>
<p>动态分区分配是<strong>根据进程的实际需要</strong>，动态地为之分配内存空间。在实现可变分区分配时，将涉及到分区分配中所用的数据结构、分区分配算法和分区的分配与回收操作这样三个问题。</p>
<ul>
<li>分配方法：不会先划分内存区域，当进程进入内存的时候才会根据进程大小动态的为其建立分区，使分区大小刚好适合进程的需要。</li>
<li>特点：在开始是很好的，进程一次按照顺序存入内存，但是运行久了以后随着进程的消亡，会出现很多成段的内存空间，时间越来越长就会导致很多不可利用的外部碎片，降低内存的利用率。这时需要分配算法来解决</li>
</ul>
<h4 id="非连续分配管理方式"><a href="#非连续分配管理方式" class="headerlink" title="非连续分配管理方式"></a>非连续分配管理方式</h4><p>可以将一个进程分散的装入内存分区。根据分区的大小是否固定可以分成分页存储管理(固定)与分段存储管理(不固定)，为了避免两者的缺点，还可以二者混用成段页式存储管理。再根据进程运行作业时是否将作业的的全部代码装入内存，又分为基本分页存储管理(全部装入内存)和请求分页存储管理(非一次全装入内存)。</p>
<blockquote>
<p> 基本分页存储管理</p>
</blockquote>
<p>用户程序的地址空间被划分成若干固定大小的区域，称为“页”，相应地，内存空间分成若干个物理块，页和块的大小相等。可将用户程序的任一页放在内存的任一块中，实现了离散分配。</p>
<p><img src="https://yichen-blog.oss-cn-beijing.aliyuncs.com//note-image/2023/07/16/20230716-192133.png" alt="image-20230709201758466"></p>
<p>基本地址变换机构</p>
<ul>
<li>物理地址 = （页号-&gt;块号）+ 偏移量</li>
<li>页号P = 逻辑地址A/页面长度（大小）L</li>
<li>偏移量W = 逻辑地址A% 页面长度L</li>
<li>p = A &gt;&gt; 12；W = A &amp; 4095</li>
</ul>
<blockquote>
<p>基本分段存储管理</p>
</blockquote>
<p>分页：用户程序的地址空间被划分成若干固定大小的区域，称为“页”，相应地，内存空间分成若干个物理块，页和块的大小相等。可将用户程序的任一页放在内存的任一块中，实现了离散分配。</p>
<p>分段：将用户程序地址空间分成若干个大小不等的段，每段可以定义一组相对完整的逻辑信息(如主程序，子程序，共享数据在不同的段中)。存储分配时，以段为单位，段与段在内存中可以不相邻接，也实现了离散分配。</p>
<p>分段与分页区别：</p>
<p>(1)页是信息的物理单位,分页是为了实现非连续分配,以便解决内存碎片问题,或者说分页是由于系统管理的需要。段是信息的逻辑单位,它含有一组意义相对完整的信息,分段的目的是为了更好地实现共享,满足用户的需要。<br>(2)页的大小固定,由系统确定,将逻辑地址划分为页号和页内地址是由机器硬件实现的。而段的长度却不固定,决定于用户所编写的程序,通常由编译程序在对源程序进行编译时根据信息的性质来划分。<br>(3)分页的作业地址空间是一维的。分段的地址空间是二维的。</p>
<blockquote>
<p>段页式管理</p>
</blockquote>
<p><img src="https://yichen-blog.oss-cn-beijing.aliyuncs.com//note-image/2023/07/16/20230716-192136.png" alt="image-20230710105022483"></p>
<p>先分段，在分页</p>
<p>1个进程——-&gt;1个段表</p>
<p>1个段表项—–&gt;1个页表</p>
<p>1个页表——-&gt;多个物理块</p>
<p><img src="https://yichen-blog.oss-cn-beijing.aliyuncs.com//note-image/2023/07/16/20230716-192138.png" alt="image-20230710105208220"></p>
<h3 id="虚拟内存"><a href="#虚拟内存" class="headerlink" title="虚拟内存"></a>虚拟内存</h3>
      
    </div>
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      <blockquote class="mt-2x">
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      <strong>本文链接：</strong>
      <a href="https://yichenfirst.github.io/2022/04/09/%E6%93%8D%E4%BD%9C%E7%B3%BB%E7%BB%9F/%E6%93%8D%E4%BD%9C%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E7%AC%94%E8%AE%B0/" title="操作系统笔记" target="_blank" rel="external">https://yichenfirst.github.io/2022/04/09/操作系统/操作系统笔记/</a>
    </li>
    
    <li class="post-copyright-license">
      <strong>版权声明： </strong> 本博客所有文章除特别声明外，均采用 <a href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.zh" target="_blank" rel="external">CC BY 4.0 CN协议</a> 许可协议。转载请注明出处！
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